Линия задержки на поверхностных акустических волнах

Министерство образования  и науки, молодежи и спорта Украины

Восточноукраинский национальный  университет

им. В. Даля

Северодонецкий технологический  институт

Факультет КИ

Кафедра  РЭА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «Элементная база электронных аппаратов»

ТЕМА: «Линия задержки на поверхностных  акустических волнах»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                                    Руководитель

Студент гр.РЭА-10д                                доцент

Коршунова                                                                   Иванов

Надежда Валентиновна                                              Алексей Николаевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Северодонецк 2012г

 

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит  19 стр, 4 чертежа, 3 источника литературы, 1 таблица.

Обьект разработки – многоотводная  линия задержки (МЛЗ).

Цель проекта : систематизация, закрепление  и улгубление полученных теоретических знаний , приобретение практических навыков творческого решения конкретных конструкторских задач.

 

 

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: МЛЗ, ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ, ЗВУКОПРОВОД, ВСТРЕЧНО-ШТЫРЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ШИРИНА ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ, ГАБАРИТЫ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЗАДЕРЖКИ (ТКЗ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                            СОДЕРЖАНИЕ:

 

 

 

     Введение__________________________________________________5

1.Теоретическая часть__________________________________________7

2.Анализ технического задания__________________________________10

3. Расчетная часть_____________________________________________11

4. Конструкторская часть_______________________________________15

5. Технологическая часть_______________________________________16

     Заключение________________________________________________18

     Список используемой литературы_____________________________19

     Спецификация______________________________________________22

      Графическая часть__________________________________________23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Линии задержки представляют собой  пассивные линейные устройства, основным функциональным назначением которых является задержка электрических сигналов во времени с минимальными искажениями их формы.

Основными параметрами линий задержки, исходя из их назначения, считают:

• время задержки;
• величина вносимых потерь ВП;
• средняя частота полосы пропускания;
• ширина частоты пропускания, которая определяется по разности частот, при которых выходной сигнал в 1,41 раза меньше максимального уровня;
• уровень подавления ложных сигналов - это отношение максимальной величины полезно используемого сигнала к наибольшему из не основных (ложных сигналов в интересующем диапазоне частот
• динамический диапазон;
• амплитудно-частотная характеристика;
• фазо-частотная характеристика;
• температурный коэффициент задержки;
• временная стабильность характеристик ЛЗ.  

 Существуют следующие виды  линий задержки:

- электрические линии задержки;

- электромагнитные линии задержки;

- ультразвуковые линии задержки;

- линии задержки на поверхностных  акустических волнах;

^{Электрические линии  задержки. Так как электрические сигналы распространяются по проводнику с конечной скоростью}  м/с , то очевидно что если взять проводник определенной длинны  то можно получить линию задержки время задержки которой определяется следующим образом: . Но из за больших габаритов и небольших времен задержки  электрические линии задержки, несмотря на их прекрасные характеристики, в настоящее время практически не применяются.

 

 

 

 

 

Электромагнитные линии задержки. Для получения =1..10 мкс используется электромагнитная линия задержки, она представляет собой ряд звеньев соединенных последовательно. Каждое звено - это индуктивность и ёмкость. Задержка электрического сигнала в этом случае происходит за счёт зарядки и разрядки емкостей через индуктивности, на что требуется определённое время. Время задержки одного звена определяется следующим образом: . ^{Для всей линии задержки время задержки равно:} , где n – число звеньев.

Для предотвращения отражение электрического сигнала от конца линии задержки , на ее конце ставится сопротивление , которое называется волновым , оптимальное значение этого сопротивления .

Обычно используют бескорпусные емкости  и индуктивности, которые обвалакиваются пластмассами.

Скорость распространения акустических волн в твёрдых телах составляет  2…6 км/с. Отсюда следует, что если использовать вместо электромагнитных волн акустические волны, распространяющиеся по какому-либо материалу, мы сможем получить линию задержки, габариты которой будут в раз меньше чем габариты электрической линии задержки, при одном и том же времени задержки. Таким образом из сказанного выше следует, что конструкция ЭЛЗ должна содержать преобразователи, которые преобразуют электрический сигнал в акустический и наоборот , и звукопровод, по которому распространяются акустические волны. Время задержки такой ЛЗ определяется следующим образом:

       -  длина звукопровода;

  - скорость распространения акустических  волн в материале звукопровода. 

 

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для осуществления задержек 1¸10 мкс используют ЛЗ, которые состоят из последовательно соединённых цепочек L и C. Такие ЛЗ с сосредоточенными параметрами называют LC – линиями. Принцип действия таких ЛЗ основан на том, что при движении электрического импульса вдоль линии происходит последовательная зарядка конденсаторов через индуктивности, на что затрачивается время, составляющее задержку.

Конструкция такой линии задержки изображена на рис.1.1.

 Основными элементами ее  являются катушка индуктивности  и конденсатор. Для уменьшения  габаритов и массы обычно используются  бескорпусные элементы. Кроме того  предусматриваются следующие элементы конструкции: выводы, механическое крепление катушек, конденсаторов и выводов, элементы защиты от внешних воздействий и теплоотвод. Типичной является такая конструкция, когда все катушки, конденсаторы и выводы после электрического соединения опрессовываются или заливаются компаундом или смолами. Конструкция электрической линии задержки отличается простотой и компактностью, предусматривает защиту от внешних воздействий, так как литой корпус придает жесткость конструкции и защищает от действия влаги. Вместе с тем электрические линии задержки обладают рядом недостатков, определяемых особенностями их конструкции и конструкциями входящих в них элементов. В связи с высокой плотностью монтажа и использованием «литого» корпуса из материалов с диэлектрической проницаемостью больше единицы параметры линии задержки определяются не только емкостью конденсаторов, но и емкостью монтажа.

Поэтому такие  линии задержки применяются ограничено, не могут удовлетворять многим требованиям, которые предъявляются к ЛЗ в РЭА. Это привело к появлению ультразвуковых линий задержки (УЛЗ) и линий задержки на поверхностных акустических волнах.

 

 

 

В УЛЗ временная  задержка сигналов достигается в  результате относительно медленного распространения в упругой среде акустических сигналов, в которые преобразуются входные электрические сигналы. На выходе УЛЗ происходит обратное преобразование акустических сигналов в электрические. В соответствии с этим время задержки сигналов в УЛЗ определяется длиной пути, проходимого акустической волной между излучаемым и приёмным преобразователями, и скоростью распространения волны  в материале звукопровода.

УЛЗ обладают высококачественными  электрическими и конструктивными  характеристиками, но имеют существенные недостатки:

1. Имеются ограничения на частоты сигналов в основном из за конструктивных особенностей преобразователей. УЛЗ магнитострикционные используются на частотах до 1 МГц, УЛЗ пьезокерамические и пьезокварцевые – от 3 до 30 МГц.

2. Конструкция  линий предусматривает изотовление  магнитопровода из материала с высокой однородностью и стабильностью. Наиболее существенно то, что требуется механическая обработка звукопровода с очень высокими точностями и с жесткими требованиями к качеству обработки поверхности.  

3. В УЛЗ сложно получать отводы.

         Значительное  число отводов можно получить  только в кварцевых ЛЗ. Однако  пьезокварцевые линии в связи  с необходимостью использования  кварцевых кристаллов значительных  размеров и сложностью конструкции  отводов имеют значительную стоимость.  Поэтому целесообразно конструировать такие ЛЗ, для изготовления которых можно использовать технологические процессы микроэлектроники. Развитие акустоэлектроники позволило создать линии задержки на поверхностных акустических волнах, возбуждаемых в пьезокерамических пленках, нанесенных на подложки, или в пьезокерамических подложках. Принцип действия такой ЛЗ изображен на рис.1.2

                       

                              

где 1-подложка, 2- входной преобразователь  в виде напыленных решетчатых электродов, 3,4,5-напыленные решетчатые отводы, 6 – поглотители, устраняющие отражении поверхностных волн от концов звукопровода. В связи с особенностями принципа действия преобразователей акустоэлектронные ЛЗ можно использовать на частотах не ниже 10 МГц (на более низких частотах их габариты оказываются большими). Величина времени задержки ЛЗ на ПАВ может достигать 100 мкс, а отводов без особых затруднений можно получить 100 и более.

            Принятая сегодня классификация  линий задержки на ПАВ основана  на функциональном признаке рис.1.3.

         

К линиям однократной задержки относят  ЛЗ имеющие один входной и один выходной преобразователи ПАВ.

В зависимости от функционального  назначения линии с однократной задержкой подразделяются на линии с фиксированной и регулируемой задержкой сигнала.

 Линии, в которых волна, возбужденная входным преобразователем, многократно взаимодействует с рядом выходных преобразователей, поучили название многоотводных линий задержки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

В предложенном выше техническом задании  требуется разработать многоотводную  линию задержки на поверхностных акустических волнах с заданными характеристиками. Основное назначение данного электронного радиоэлемента состоит в задержке электрического сигнала заданной частоты на определенное время с наименьшими потерями.

Основным элементом разрабатываемой  МЛЗ является звукопровод из монокристалла  пьезоэлекрика, основными критериями для выбора материала звукопровода являются тип и скорость распространения акустической волны, температурный коэффициент задержки и коэффициент поглощения. Исходя из вышеперечисленных условий, выбираем монокристалл y,z среза. Данный материал имеет ТКЗ = 94 · 10^-6 К^-1 и коэффициент поглощения K= 0,88 дБ/мкс.

В качестве материала встречно-штыревых преобразователей возьмем алюминий. Выбор алюминия в качестве материала для электродов определяется следующими причинами:

• хорошее сочетание алюминия с подслоем ванадия и ниобата лития;
• низким удельным сопротивлением, благодаря чему незначительно уменьшаются потери на сопротивление электродов;
• небольшой удельной массой по сравнению с другими металлами, что уменьшает влияние массовой нагрузки;
• хорошим освоением технологии нанесения алюминия ;
• хорошей стойкостью алюминия при воздействии окружающей среды;
• малой стоимостью алюминия и технологического процесса его нанесения, что особенно важно при крупносерийном  производстве.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

 

Рассчитаем многоотводную линию  задержки (МЛЗ) при следующих исходных данных:

 f₀ = 125 МГц;

величина  времени задержки = 5 мкс;